冷蔵庫の冷凍温度をマイナス18度に設定しなければならないのはなぜですか？

夏が来て、天気はますます暑くなってきました。気温が上昇するにつれ、私たちの日常生活の中で多くの病原性微生物が繁殖しています。新型コロナウイルスほど感染力は強くないが、感染すると重篤な病気を引き起こす可能性がある。

カビの生えた果物。画像出典: テンセント

夏場の食品の腐敗を防ぐため、冷蔵庫は私たちの生活に欠かせない家電製品の一つとなっています。冷蔵庫といえば、子供の頃に抱いた疑問を思い出します。氷点下数度でも食品は凍らせることができるのに、冷蔵庫の冷凍室の温度はどれくらいなのだろう？なぜマイナス18度くらいに設定するのでしょうか？これは電気の無駄遣いではないでしょうか？

家庭用冷蔵庫。画像ソースは透かしをご覧ください

後になって関連する知識を学んで初めて、マイナス18度が非常に必要だということに気づきました。経済的に許されるなら、凍結温度はできるだけ低くすべきです。その理由は主に以下の2点です。

微生物や酵素の活動を最小限に抑える

私たちの生活の中で起こる食品の腐敗は、一般的に、微生物の増殖、酵素の分解、化学反応（主に酸化）の 3 つの状況によって引き起こされます。食品を冷凍庫に入れると、低温によって微生物や酵素の活動が抑制されます。活動が少ないほど、食品をより長く保存することができます。

腐ったリンゴ。画像出典: Wikipedia

研究により、マイナス12度の低温環境は微生物の活動を効果的に抑制でき、マイナス18度の低温環境は酵素の活動を効果的に抑制できることがわかっています。そのため、食品を長期間冷凍状態で保存したい場合は、冷凍庫内の温度が少なくとも-18℃に達する必要があります。

食べ物をできるだけおいしく保つ

実際、人々は昔から食べ物を冷凍して保存しようとしてきました。しかし、解凍すると食べ物はいつも柔らかくなり、どろどろになり、本来の味が完全に失われていることがわかりました。そのため、当初は冷凍食品の市場は存在していませんでした。

冷凍してから解凍したトマトは、ひどくしおれてしまいます。画像出典: Sina.com

1920年代になって、アメリカ人のクラレンス・バーズアイが北アメリカの寒冷地で漁をしているときに、偶然、食品を低温で長期間保存するための重要な技術、急速冷凍技術を発見しました。こうして彼は世界的に有名な冷凍食品の王様となった。急速冷凍技術の重要なポイントは、冷凍プロセス中に、食品が「最大氷結晶形成ゾーン」をできるだけ早く通過する必要があることです。

「最大氷結晶形成帯」とは何ですか？

「最大氷結晶形成帯」とは、0℃から-5℃の温度範囲を指します。この温度範囲では、果物、野菜、生の肉などの食品内の水分子（細胞間空間の自由水、細胞内の自由水、結合水を含む）がすぐに凝縮して、より大きな氷の結晶になります。これらの氷の結晶は細胞壁を簡単に突き破り、細胞質の損失を引き起こします。完全な細胞がなければ、これらの食品は自然にしおれて、本来の味を失ってしまいます。

冷却速度によるタマネギ細胞内の氷結晶の形態の変化。画像出典：参考文献[1]

冷却速度によるタマネギ細胞の変形の変化。画像出典：参考文献[1]

したがって、細胞壁が大きな凝縮した氷結晶によって突き破られないようにするためには、食品の温度が最短時間で最大氷結晶形成ゾーンを通過する必要があります。

現在、我が国の急速冷凍技術の基準によれば、30分以内に最大氷結晶形成帯を通過すると急速冷凍と呼ばれる。急速冷凍技術を使用して食品を保存すると、食品内の水分子が凝縮して、直径 100 ミクロン未満の無数の小さな氷の結晶になります。食品組織内の氷結晶の分布は、凍結前の水の分布と基本的に同じであるため、氷結晶​​による食品組織へのダメージが大幅に軽減されます。

空気による低速凍結（上）と圧力解放による超凍結（下）によって形成されたさまざまな形状の氷結晶。

画像出典：参考文献[2]

家庭用冷蔵庫は食品を急速に冷凍して保存できますか?

私たちが一般的に使用している家庭用冷蔵庫の場合、凍結ゾーンの内部温度が最大氷結晶形成ゾーンを通過するまでに通常 1 ～ 2 時間、あるいはそれ以上かかります。このレベルのゆっくりとした凍結では、当然ながら氷の結晶が大きくなるのを防ぐことはできません。

よく料理をする人は気づいていますか？洗った生肉を冷凍し、解凍すると、再び大量の血が出てきました。その理由は、氷の結晶が生の肉の細胞を突き刺したからです。

急速凍結と緩慢凍結では、氷結晶が最大に形成される領域を通過するのにかかる時間に大きな違いがあります。画像出典: Sohu.com

同時に、機器の老朽化などさまざまな理由により、家庭用冷蔵庫の冷凍室の温度は大きな範囲で変動することがあるため、通常の冷凍温度を少し低めに調整する必要があります。

つまり、低温冷凍中に食品は一度ダメージを受けますが、冷凍温度を少し下げれば、その後の温度変化による食品のさらなるダメージを防ぐことができます。冷凍温度-18℃は、家庭用冷蔵庫の経済性と冷凍効果を両立したちょうど良い温度です。

冷蔵庫メーカーのトリック

食品をより良く保存するために、市販の家庭用冷蔵庫には一般的に「ソフト冷凍」エリア（0℃〜5℃）が装備されています。このエリアは氷結晶が最も生成しやすいゾーンですが、ソフトフリージングエリア内の湿度、換気、光などの条件を精密に制御することで、食品内部の水分子からより大きな氷結晶が生成されることを防ぎ、短時間で食品の低温保存を実現します。さらに、一部のメーカーは急速冷凍技術も開発しており、冷凍温度を急速にマイナス40度程度まで下げることで、冷却速度の点で急速冷凍技術の基準に近づいています。

最後に、冷凍は微生物の活動を抑制することはできますが、殺菌の目的は達成できないことに注意する必要があります。

終わり

参考文献:

[1] Xie Yanqi、Zhu Kai、Wang Yabo、他。凍結中のタマネギ細胞内の氷結晶の成長挙動に関する研究[J]。工学熱物理学ジャーナル、2018、039(007):1563-1567。

[2] Su Guangming、Hosahalli S. Ramaswamy、Zhu Songming、他。新鮮なエビの圧力緩和超急速凍結中の熱変化と氷結晶の形態[J]。中国農業工学会誌、2013(22):275-284.

[3] 倪静安、張莫英。冷凍処理が食品の物理的・化学的性質に与える影響[J]。冷たい飲み物と急速冷凍食品産業、2000、006（001）：13-15。